Исследование тепловых процессов при различных методах обработки по дисциплине «Теплофизика процессов резания» (стр. 3 )

Зависимость μ = f (V, S, t)

Рис. 15

Зависимость между температурой резания и скоростью резания может быть выражена уравнением μа= С1Vz

Логарифмируя, будем иметь:

lg μa = lg C1 + z lg V

т. е. в логарифмических координатах получаем уравнение прямой линии (зависимость можно по логарифмической линейке, откладывая по координатам сразу показания прибора и значения скорости).

Аналогично строим графики μa = C2 Sy; μa = C3 tx

Тангенс угла наклона прямой и сеть показатель степени tg α1= а1 / b1 = z;

tg α2= а2 / b2 = y; tg α3= а3 / b3 = x.

Уравнение температуры резания в зависимости от элементов режима резания имеет

μa = C VzSytx

Величина С определяется как средняя арифметическая

С=(С1 + С2 + С3)/3.

С1, С2, С3 — определить из таблицы 1, причем С1 для любого режима резания (V, S, t) из первых четырех опытов; С2 — для любого режима резания из опытов с 5-го по 8-й, а С3 — для любого режима резания из последних опытов.

Записать формулу (1), подставив численные значения z, у, х и С.

Содержание отчета

1. Формулировку цели работы.

2. Схему измерения.

З. Таблицу.

4. Графики.

5. Выводы.

Контрольные вопросы по лабораторной работе:

1. Методы измерения, и их достоинства и недостатки.

2. Влияние скорости резания на температуру резания.

3. Влияние подачи на температуру резания.

4. Влияние глубины на температуру резания.

5. Влияние износа инструмента на температуру резания.

6. Тестовые вопросы по дисциплине

1. Какое явление наблюдается в движущихся жидкостях или газах:

а) конвекция;

b) теплопроводность;

с) тепловое излучение.

2. Перенос теплоты в виде электромагнитных волн с взаимным превращением тепловой энергии в лучистую и обратно называется:

а) тепловое излучение;

b) конвекция;

с) теплопроводность.

3. Если температура зависит от длительности нагрева или охлаждения то поле, называет­ся:

а) не установившимся;

b) установившимся;

с) магнитным;

d) электрическим.

4. Основным законом теплопроводности является:

а) закон Фурье;

b) закон Дюлонга и Пти;

с) закон Хаббла;

d) закон Фика.

5. Коэффициент теплопроводности зависит от:

а) состава вещества;

b) скорости теплообмена;

с) времени;

d) массы.

6. Энергия, излучаемая телом в пространство, при попадании на другие тела в общем случае:

а) частично поглощается, частично отражается, а часть ее проходит сквозь тело;

b) полностью поглощается;

с) полностью отражается;

d) проходит сквозь тело.

7. Какой из методов заключается в том, что на контактные площадки инструмента нано­сится в вакууме тонкий слой чистого металла с известной температурой плавления:

а) метод пленок;

b) метод термокрасок;

с) калориметрический метод;

d) термоэлектрический метод.

8. Перенос теплоты (или внутренней энергий) при непосредственном соприкосновении тел или частей одного тела с различной температурой называется:

а) теплопроводностью;

b) конвекцией;

с) тепловым излучением.

9. Какое из следующих утверждений верно:

а) конвекция всегда сопровождается теплопроводностью;

b) теплопроводность всегда сопровождается тепловым излучением;

с) конвекция не всегда сопровождается теплопроводностью;

d) тепловое излучение всегда сопровождается теплопроводностью.

10. При обработке резанием наибольшее значение имеет:

а)теплопроводность;

b)конвекция;

с)тепловое излучение.

11. Вектор, который направлен в сторону противоположную градиенту температуры, на­зывается:

а) плотностью теплового потока;

b) коэффициентом теплопроводности;

с) плотностью теплообмена;

d) оператором Лапласа.

12. Количество теплоты, отдаваемое в единицу времени единицей поверхности при разно­сти температур между поверхностью и жидкостью, равной одному градусу, называется:

а) коэффициентом теплоотдачи;

b) коэффициентом теплообмена;

с) коэффициентом теплопроводности;

d) коэффициентом температуропроводности.

13.При повышении коэффициента теплопроводности инструментального материала тем­пература:

а) на передней поверхности резца понижается, а на задней повышается;

b) на передней поверхности резца повышается, а на задней понижается;

с) на передней поверхности резца повышается и на задней повышается;

d) на передней поверхности резца понижается и на задней понижается.

14. Метод, позволяющий определить количество теплоты, переходящей в стружку, деталь и инструмент, а также их средние температуры, называется:

а) калориметрический;

b) термокрасок;

c) пленок;

d) термоэлектрический.

15. Совокупность значений температур в различных точках тела в данный момент време­ни:

а) градиент температуры;

b) векторное поле;

с) температурное поле.

16. Вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возраста­ния температуры и численно равный изменению температуры на единице длины этой нормали:

а) направленность поля;

b) градиент температуры;

с) избыточный вектор.

17. Источники, скорость ν перемещения которых превышает скорость V распространения теплоты в данном теле:

а) полярные источники;

b) неподвижные источники;

с) быстродвижущиеся источники.

18. Поле температур при неустановившемся тепловом режиме:

а) нестационарное;

b) стационарное;

с) квазистационарное.

19. Источники, тепловыделение которых связано с процессами, происходящими в мате­риале твердого тела:

а) внутренние;

b) внешние;

с) полярные.

20. Частным случаем какого поля является осе симметричность?

а) трехмерного;

b) двухмерного;

с) одномерного.

7. Приложения для решения задач

1.  Коэффициенты теплопроводности λ и температуропроводности ω, объемная теплоемкость сρ материалов заготовки и инструмента (средние в диапазоне температур, возникающих при механической обработке)

Материал	Марка	λ, Вт/(м·ºС)	ω·104, м2/с	сρ·10-6, Дж/(м3·ºС)
Сталь углеродистая Сталь низколегированная Сталь аустенитного класса Сталь инструментальная Жаропрочный сплав Чугун Твердый сплав Алмаз Кубический нитрид бора (эльбор) Медь Констант	40 45 30Х 40Х ШХ 15 20ХН3А 30ХГС 20Х23Н18 110Г13Л 12Х18Н9Т 14Х17Н2 У12 ХВГ Р18 ВТ4 ХН77ТЮР СЧ30 ВК8 Т14К8 Т15К6 АС - - -	38,5 40,2 35,2 33,9 33,4 33,5 36,0 21,5 22,2 22,6 25,0 34,7 27,2 27,2 12,9 19,7 39,8 54,4 33,9 27,2 520,0 41,9 361,0 27,2	0,076 0,080 0,072 0,067 0,065 0,066 0,070 0,050 0,042 0,050 0,060 0,071 0,054 0,057 0,043 0,041 0,113 0,246 0,110 0,100 0,830 0,180 0,990 0,076	5,06 5,02 4,89 5,06 5,15 5,07 5,14 4,30 5,28 4,52 4,17 4,89 5,04 4,77 3,01 4,8 3,52 2,21 3,08 2,72 6,26 2,30 3,65 3,56

2.  Коэффициенты для расчета коэффициентов тепло - и температуропроводности углеродистых сталей

Коэффициент	аi	bi	ci
m1 m2 m3 n1 n2 n3	76.8 34.2 9.3 0.219 9.83·10-2 2.67·10-2	-6.67·10-2 -9.88·10-2 -3.95·10-2 -3.58·10-2 -3.04·10-2 -1.03·10-2	0 8.14·10-5 4.18·10-5 1.78·10-7 2.5·10-7 1.0·10-7

3.  Температура насыщения QН, теплота парообразования r, плотность ρп, характерный размер l* для водяного пара в зависимости от давления p

p, МПа	QН, ºС	r×10-3, Дж/кг	ρп, кг/м3	l*×106, м
0,01 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,20	45,8 60,1 75,9 85,9 93,5 99,6 120,2	2392 2357 2318 2293 2273 2257 2202	0,07 0,13 0,25 0,36 0,48 0,59 1,13	3836 954,6 289,6 137,4 79,4 50,6 14,2

4.  Коэффициенты теплопроводности λ, температуропроводности ω, коэффициент кинематической υ и динамической μ вязкости, коэффициент объемного расширения β и критерии Рr для сухого воздуха и воды в зависимости от температуры Q

Воздух (при нормальном давлении р = 0,1 МПа)

Q, ºС	λ×102, Вт/(м·ºС)	ω×106, м2/с	υ×106, м2/с	β×104, 1/ºС	Рr
20 50 100 150 200 250 300 350	2,59 2,83 3,21 3,56 3,93 4,27 4,60 4,91	21,4 25,7 33,6 42,1 51,4 61,0 71,6 81,9	15,06 17,95 23,13 28,94 34,85 40,61 48,33 55,46	34,1 30,9 26,8 23,6 21,1 19,1 17,4 16,0	0,703 0,698 0,688 0,683 0,680 0,677 0,674 0,676

Вода (на линии насыщения)

Q, ºС	λ×102, Вт/(м·ºС)	ω×106, м2/с	υ×106, м2/с	μ×104, Па·с	β×104, 1/ºС	Рr
20 30 40 50 60 70 80 90 100	59,9 61,8 63,5 64,8 65,9 66,8 67,4 68,0 68,3	14,3 14,9 15,3 15,7 16,0 16,3 16,6 16,8 16,9	1,006 0,805 0,659 0,556 0,478 0,415 0,365 0,326 0,295	10.04 8.01 6.53 5.49 4.70 4.06 3.55 3.15 2.82	1.81 3.21 3.87 4.49 5.11 5.70 6.32 6.95 7.52	7.02 5.42 4.31 3.54 2.98 2.55 2.21 1.95 1.75

5.  Ориентировочные значения степени черноты ε металлических тел в технологических системах механической обработки

Вид обработки	Материал детали
Сталь	Чугун	Алюминий	Медь
Без обработки Обработка лезвийным инструментом Шлифование чистовое Полирование Покрытие масляной краской темного цвета Покрытие черным блестящим лаком	0,9 0,7 0,52 0,21 0,9 0,87	0,95 0,75 0,6 0,24 0,9 0,87	0,3 0,2 0,1 0,05 0,9 0,87	0,6 0,4 - 0,02 - -

6.  Формулы для расчета температур в твердых телах

Код задачи	Условие задачи	Расчетные формулы
	Точечный мгновенный источник в неограниченном теле, внесший Q теплоты, Дж
	Точечный непрерывно действующий источник мощностью q, Вт, в неограниченном теле
	Точечный быстродвижущийся источник мощностью q, Вт, в неограниченном теле	В системе координат, движущейся с источником (в направлении оси ОХ противоположно направлению υ, х > хи):
	Одномерный мгновенный источник в неограниченном теле, внесший теплоты Q1, Дж, на единицу длины источника
	Одномерный источник плотностью q1, Вт/м, действующий непрерывно в неограниченном теле
	Одномерный быстродвижущийся источник плотностью q1, Вт/м, в неограниченном теле или в пластине с адиабатическими граничными плоскостями (источник расположен перпендикулярно к плоскостям пластины)	В подвижной системе координат, движущейся вместе с источником (х > хи):
	Двумерный (полосовой) мгновенный источник плотностью Q, Дж/м2, на адиабатической поверхности полупространства (уи = 0; 0 ≤ хи ≤ l)	где l – размер источника в направлении оси ОХ
	Двумерный (полосовой) быстродвижущийся источник плотностью q, Вт/м2, на адиабатической поверхности полупространства (уи = 0; 0 ≤ хи ≤ l)	В пределах контактной площади (у = 0; х ≤ l):
	Двумерный источник плотностью q, Вт/м2, на торце стержня с адиабатическими поверхностями или на адиабатической поверхности полупространства (уи = 0)
	Двумерный источник, расположенный перпендикулярно к оси неограниченного стержня на расстоянии уи от начала координат	При наличии теплообмена с окружающей средой и при установившемся процессе (τ → ∞): где F и р – площадь и периметр сечения стержня; α – коэффициент теплоотдачи
Примечания: 1. Линейный размеры, м: х, у, z – координаты точки тела; хи, уи, zи – координаты источника; ; b, l – размеры источника. 2. τ – время, с. 3. υ – скорость движения источника, м/с. 4. λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·ºС); ω – коэффициент температуропроводности, м2/с.

литература

1 , Алексеев металлов и режущий инструмент. – М.: Машиностроение, 1968.

2 , Рядно теории теплопроводности: Учебн. пособие для вузов. Ч.1. М.: Высшая школа, 19с.

3 , , Гринкевич. Теплотехника. Минск: Высшая школа, 1976. – 384 с.

4 , Червяков металлов и режущий инструмент. - М.: Машиностроение, 1963.

5 Лабораторные работы по курсу «Резание металлов» / , , - М.: Машиностроение. 1965

6 Резников процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение,1981. – 279 с.

7 , Резников процессы в технологических системах: Учебник для вузов по специальностям «Технология машиностроения» и «металлорежущие станки и инструменты». - . М.: Машиностроение,1990. – 288 с.: ил.

8 Справочник по специальным функциям / Под ред. М. Абрамовица и И. Стиган: Пер. с англ. М.: Наука, 19с.

9 Теплотехника: Учебник для вузов / , , и др.; Под общ. ред. . М.: Энергоиздат, 19с.

10 Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах. Учебник для вузов / , , . М.: Высшая школа, 19с.

11 Филоненко металлов. – Киев.: Высшая школа, 1969.